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智能制造的創(chuàng)新可以從燈泡瞬間到來，但這種情況很少。通常情況下，生物打印、區(qū)塊鏈、基于云的制造和實時生產(chǎn)控制等技術的突破發(fā)生在多年的仔細研究之后，有時在學術環(huán)境中進行了艱苦、有條不紊的工作。這項謹慎而繁瑣的工作由以下幾頁介紹的人領導。他們都獲得了博士學位。他們中的許多人不僅取得了重大成就，還包括他們培養(yǎng)的大批學生成為下一代創(chuàng)新者。最后，所有人都不僅要問“為什么？”，還要問“為什么不呢？”

萊恩?米爾斯博士
寶馬智能州 克萊姆森大學汽車制造教授
米爾斯想成為一個聰明的制造媒人。“在智能制造解決方案如何進入制造車間方面有很多工作要做，許多技術正在出現(xiàn)，”他說。“我想設計一個流程，讓有前途的技術能夠以可控和可擴展的方式找到合適的客戶，而不會迷失在潛在解決方案的海洋中。米爾斯在克萊姆森創(chuàng)立了THINKER（技術 - 人類融合知識，教育和研究）計劃，并獲得了為期五年的國家科學基金會撥款，以教育學生如何最好地將人類整合到數(shù)字制造企業(yè)中。“這超越了傳統(tǒng)的人機界面設計，而是尋求了解人類如何生成和使用信息，以及將來自人和機器的組合數(shù)據(jù)轉換為最有效的信息的最佳方法，”他說。想追隨他的腳步嗎？米爾斯建議建立一個廣泛的網(wǎng)絡?！拔野l(fā)現(xiàn)制造業(yè)研究人員（包括工業(yè)和學術）是一個相當協(xié)作的群體，所以一個人的網(wǎng)絡越大，機會就越大。

薩蒂什?布卡帕特南博士
Rockwell博士
德克薩斯A&M大學TEES制造系統(tǒng)研究所國際教授兼主任
Bukkapatnam和他的“文藝復興工程師”學生團隊使用Python創(chuàng)建了一個開源的CAD / CAM界面，以生成用于混合3D打印/金屬銑削的G代碼?！盎诮饘俚脑霾闹圃旃に嚾匀蝗狈?.....開源軟件和支持性社區(qū)（如FDM打印社區(qū)），“他們在大學網(wǎng)站上寫道。他們成功地將開源軟件與該大學的Optomec混合機器集成在一起，并演示了各種現(xiàn)成的軟件和硬件模塊，以足夠快的速度收集，管理和分析來自流程的大型數(shù)據(jù)流，以便及早發(fā)現(xiàn)故障以確保質量?！拔业膶W生對制造技術以及最新的測量和數(shù)據(jù)分析方法有了很好的理解。他們在先進制造平臺獲得實踐經(jīng)驗，接受高級數(shù)學和數(shù)據(jù)科學方法的培訓，以應對智能制造系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)和復雜挑戰(zhàn)。他自己的研究是利用高分辨率、非線性動態(tài)信息，特別是來自無線MEMS傳感器的信息，以改善行業(yè)感興趣的制造過程和系統(tǒng)的監(jiān)控和預測。

曹健博士
曹健博士 西北大學研究副副總裁、教授兼制造創(chuàng)新計劃主任
Cao的實驗室開發(fā)了一種完全無模成型系統(tǒng)，稱為雙面增量成型。該系統(tǒng)可以形成3D鈑金零件，而無需像目前那樣使用特定于幾何形狀的模具組?！耙虼?，我們可以將設計到零件的周期時間從長達 12 周縮短到不到一周，并且無需制造模具，”她說。“DSIF面臨的挑戰(zhàn)包括幾何精度和成形性預測，為此，我們開發(fā)了一種使用機內傳感器和離線，基于力學的計算模型的原位補償方法。目前，她正在研究制造過程編譯器的概念，該編譯器將來自多個領域的知識集成到一個平臺上，以便人們可以確定哪些制造過程最適合給定的設計?！白罱K，人們可以使用這個編譯器作為新工藝創(chuàng)新的基礎，”她說?！斑@說起來容易做起來難，需要一些長期的工作。她指出，制造業(yè)教育的影響超出了STEM科目。“因此，我的建議是要有一個系統(tǒng)的觀點，要廣泛，然后找到自己的專長并進行合作。

亞當?范伯格博士
卡內基梅隆大學生物醫(yī)學工程系教授
在接下來的十年里，F(xiàn)einberg希望幫助將3D生物打印的支架和組織從長凳轉移到床邊。在五年內，他想展示小規(guī)模的功能器官，比如一個泵血的多腔心臟，可以存活90多天。他可能會從參加實驗室研討會的人那里得到幫助，了解如何構建他使用的開源3D生物打印機。與此同時，F(xiàn)einberg的實驗室開發(fā)了用于液體和軟質材料的新型3D打印技術。它們被稱為懸浮水凝膠的自由形式可逆包埋或FRESH，它們在支撐凝膠內打印材料。“這就像到處都有支撐材料，它允許我們3D打印純液體，或者可能需要時間凝固或凝膠的液體聚合物，”他說。“我們于2015年首次在Science Advances上發(fā)表了這種方法，就在去年，我們在Science上發(fā)表了關于3D生物打印膠原蛋白重建人類心臟的工作。對于任何想要追隨他腳步的人，他建議，“尋找志同道合的人，并確定與制造業(yè)相關的教育和研究蓬勃發(fā)展的大學。

阿賈伊?馬爾西博士
Ajay P. Malshe
R. Eugene 博士和 Susie E. Goodson 普渡大學機械工程杰出教授
Malshe觀察到，在工業(yè)化和工業(yè)化的世界中，每個人每天至少會遇到10臺機器。制造、運營和維護方面的挑戰(zhàn)，包括摩擦、磨損、機加工和腐蝕——他稱之為“機械機器的癌癥”——嚴重挑戰(zhàn)了它們的性能，導致數(shù)十億美元的損失。Malshe說，這些癌癥發(fā)生在納米尺度上，因此，納米制造是治愈它們的唯一智能解決方案?！拔液臀业膱F隊的納米制造創(chuàng)新有助于解決那些在全球范圍內具有潛在影響的制造，運營和維護挑戰(zhàn)，”他說。Malshe設想工業(yè)5.0將以人類和地球為中心，成為真正的智能制造，由人類和為人類與地球和諧相處。“我們正在經(jīng)歷世界人口、中產(chǎn)階級規(guī)模和整體預期壽命的空前增長，”他說。“作為一個文明，我們需要越來越多的好工作來促進地球上的民主生存?！爸悄苤圃臁钡亩x需要重新審視，因為他說，我們很快就會達到地球上可用自然資源的理論極限。

丹尼斯?科米爾博士
Denis Cormier
Earl W. Brinkman博士 羅切斯特理工學院工業(yè)與系統(tǒng)工程教授
Cormier在增材制造領域25年的大部分時間都集中在工程晶格結構的設計和制造上，這些結構現(xiàn)在廣泛用于輕型航空航天結構，骨植入物表面，過濾器和熱交換器等。“這一切都始于1990年代后期，當時我在同事的辦公桌上看到一塊泡沫銅，”科米爾說?！八忉屃思毎Y構的表面積，孔隙率和曲折度等特性對其功能性能至關重要。那是在3D打印的早期，我立即開始考慮Bucky球或其他幾何構建塊的3D陣列，使設計人員能夠根據(jù)給定應用的性能要求優(yōu)化細胞結構。Cormier最終開始稱這些東西為工程細胞材料。那是職業(yè)生涯研究的開始?！叭绻憬裉烊⒓釉霾闹圃熨Q易展，幾乎每個展位都會展示工程蜂窩材料的例子，”他說?！昂芨吲d看到這一點，并知道我是該領域的先驅之一。

格倫?戴恩博士
Glenn Daehn
Fontana博士 俄亥俄州立大學冶金
工程教授
Daehn說，他能夠與一些非常聰明的人合作，開發(fā)兩個愿景：一個是脈沖制造，在工廠或實驗室環(huán)境中使用類似爆炸力的力量。另一種是變質制造，又名機器人鍛造，或使用數(shù)控變形來制造零件?！拔覀兿Ｍ吹矫}沖和變質制造發(fā)展為廣泛使用的商業(yè)流程，”他說?！皟烧叨加型鉀Q先進材料和結構的成型和連接中的實際問題。Daehn認為，先進的控制和人工智能有望使許多利基制造技術成為主流，可重復和敏捷?！跋胂笠幌?，一個機器人系統(tǒng)可以做熟練工匠可以做的事情，但更可重復，步驟清晰記錄，”他沉思道。在學術界與工業(yè)界合作方面，他說這兩個部門之間存在太大的差異?！拔覀儗W術界必須更多地關注整合、工程和實際問題解決，以及培養(yǎng)那些更傾向于做事而不是分析的人才，”他說?！斑@可能會導致更多的實驗室在行業(yè)和學術界之間共享。

倪軍博士
Jun Ni
Shien-ming “Sam” Wu 博士 密歇根大學制造科學教授
倪就像一條智能制造河的河口，近100名博士和70名碩士畢業(yè)生，以及數(shù)百名工程本科生組成了支流，這些支流向其他大學的教師職位和全球公司的高管職位?！拔乙矠槲易鳛閯?chuàng)始院長建立密歇根大學-上海交通大學聯(lián)合學院的成就感到非常自豪，”他說?！俺汕先f的美國和中國學生從工程教育的全球創(chuàng)新中受益。他的國際努力并不止于此。2017年至2019年，倪先生擔任世界經(jīng)濟論壇全球未來先進制造和生產(chǎn)理事會聯(lián)合主席。在學術界工作了40年后，倪希望幫助智能制造企業(yè)家，所以三年前他幫助創(chuàng)辦了一家初創(chuàng)公司。他對未來智能制造系統(tǒng)的愿景包括：除了傳統(tǒng)品質外，還有 4 個“R”（響應能力、彈性、可重構性和可重用性）;自我意識，自我適應的機器，可以評估自己的狀況并做出必要的補償;通過預測性自動根本原因識別實現(xiàn)零缺陷;幾乎零停機時間，每個零件都正確，從頭到尾。

徐荀博士
徐迅博士 奧克蘭大學教授
為了促進他對工業(yè)4.0的研究，徐建立了新西蘭第一個也是唯一一個智能制造實驗室，即工業(yè)4.0智能制造系統(tǒng)實驗室。該實驗室是學生的培訓基地，展示了企業(yè)如何從智能制造中受益，并促進研究人員與行業(yè)之間的合作。在他職業(yè)生涯的早期，徐先生為開發(fā)基于新CNC標準STEP-NC的下一代計算機數(shù)控加工系統(tǒng)做出了原創(chuàng)性貢獻，該系統(tǒng)實現(xiàn)了智能加工過程。2012年，他發(fā)表了一篇關于基于云的制造的開創(chuàng)性文章，這是當時一種新的制造范式?！霸浦圃鞂⒃朴嬎愕母拍顢U展到制造業(yè)，以便制造能力和資源被組件化，優(yōu)化和作為服務提供，”他說。他對智能制造未來的愿景包括由智能和自主工具賦能的人類?！爸圃煜到y(tǒng)也將繼續(xù)沿著'扁平化'的道路前進，因為制造商之間的任何界限，要制造什么以及要為誰制造，變得越來越模糊，”徐說。

比尼爾?斯塔利博士
Binil Starly
James T. Ryan博士 北卡羅來納州立大學教授
到目前為止，Starly最重要的職業(yè)成就是使LED燈發(fā)光。這意味著他的團隊讓一臺物理制造機器通過數(shù)字孿生與全球區(qū)塊鏈進行通信。該機器能夠自主啟動存儲在區(qū)塊鏈上的智能合約上的交易，從而觸發(fā)另一臺聯(lián)網(wǎng)物理機器上的LED?！斑@一刻展示了區(qū)塊鏈技術在縮小制造服務公司與其潛在客戶之間的差距，提高透明度和信任方面的巨大潛力，”他說?！斑@也意味著整個機器現(xiàn)在可以連接在全球分散的制造資源節(jié)點網(wǎng)絡上，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡制造。他設想智能制造在跨越產(chǎn)品生命周期的三個相互關聯(lián)的領域取得進展。首先是與人類共同協(xié)作的智能界面。其次是分散的制造服務市場。第三，他設想制造商通過數(shù)字化地將機器從車間連接到業(yè)務/IT系統(tǒng)，整合人員，流程和技術來響應用戶偏好。

王立輝博士
王立輝博士 KTH皇家理工學院可持續(xù)
制造講座教授
1998年，Wang已經(jīng)致力于基于網(wǎng)絡/互聯(lián)網(wǎng)，模型驅動的機器和機器人的實時監(jiān)測和控制。2008年，他的工作包括人機協(xié)作。監(jiān)測/控制和人機協(xié)作相結合，構成了數(shù)字孿生和網(wǎng)絡物理系統(tǒng)的基礎。他的研究團隊正在積極研究大數(shù)據(jù)分析和人工智能，應用于預測性維護、加工工藝規(guī)劃和調度以及人機協(xié)作裝配。“大數(shù)據(jù)和人工智能算法的結合使用可以通過實時制造智能來培養(yǎng)不同決策過程的全部潛力，”他說。“這使制造業(yè)朝著更高的生產(chǎn)力、效率、盈利能力和持久的可持續(xù)性方向發(fā)展。他對未來的愿景是由數(shù)據(jù)、人工智能模型、知識和人類技能驅動的愿景，由網(wǎng)絡空間的云/霧計算提供支持，但以人為中心?！耙环矫妫斯ぶ悄芎虯R將為人類操作員提供按需決策支持，”他說?！傲硪环矫?，人類的感知和適應能力將被用來以腦電波的形式驅動制造設備，以取代僵化的控制代碼。

托爾斯滕?伍斯特博士
Thorsten Wuest
博士助理教授&J. Wayne和Kathy Richards工程系研究員， 西弗吉尼亞大學
Wuest和南卡羅來納大學的Ramy Harik博士去年撰寫了《先進制造導論》（Introduction to Advanced Manufacturing），這是一本旨在填補工程專業(yè)學生制造業(yè)教育空白的教科書。它有一個章節(jié)專門討論智能制造，這是“據(jù)我所知的第一個，”Wuest說。2018年，他開始代表美國和智能制造擔任《世界制造業(yè)論壇報告》的編委會成員。他熱衷于：強調智能制造系統(tǒng)中的人的因素;彌合專家知識之間的差距;混合方法中基于物理的建模和數(shù)據(jù)驅動方法，并支持協(xié)作方法，以幫助小型企業(yè)制定智能制造路線圖。Wuest希望看到學術界使其教授的制造業(yè)內容現(xiàn)代化。他說，學術界也最好為工程專業(yè)的學生提供跨學科、跨項目的課程和基于項目的學習。大學明智的做法是與高中合作，改變新生對制造業(yè)的看法，從“黑暗、骯臟和危險”，以反映當今的現(xiàn)實，即提供高薪和充實的高科技職業(yè)，幫助整個社會。

張清博士
張清博士 弗吉尼亞大學副教授
通過引入機會窗口、直接虛擬數(shù)據(jù)建模和永久性生產(chǎn)損失等新概念和方法，Chang 是數(shù)據(jù)驅動建模和實時生產(chǎn)控制和決策的先驅，以提高制造系統(tǒng)的效率?！拔业难芯康膸讉€方面已經(jīng)以物理形式實現(xiàn)和驗證，我為此感到特別自豪，”她說。Chang開發(fā)并實施了實時數(shù)據(jù)驅動的決策支持系統(tǒng)，以優(yōu)化動態(tài)和隨機操作條件下的生產(chǎn)運營。她的工作已在北美的許多通用汽車工廠實施，并顯示出運營效率和經(jīng)濟效益的顯著提高。如果采用，它將有可能為許多其他行業(yè)帶來更大的經(jīng)濟效益。她認為人工智能和機器學習的最新發(fā)展顯示出通過先進的分析工具處理大量制造數(shù)據(jù)的巨大潛力。Chang說，對數(shù)據(jù)驅動制造的關注要求未來的工程師獲得數(shù)據(jù)科學方面的培訓，這是智能制造領域的一項使能技能。

托尼?施密茨博士
田納西大學諾克斯維爾分校Tony L. Schmitz
博士教授和橡樹嶺國家實驗室聯(lián)合教師
Schmitz認為學術界和工業(yè)界之間的共生工作是智能制造未來的關鍵?！霸趯W術界，我們處于培訓下一代制造工程師的第一線，”他說?！皩τ趯W術界來說，了解行業(yè)需求非常重要，這樣教育才能滿足這些需求。同樣，工業(yè)界與學術界的接觸也很重要，這樣才能成功實施新的想法和技術。反過來，施密茨將智能制造視為美國工業(yè)增長的催化劑。“我認為智能制造是增加美國制造業(yè)基礎的基礎，包括機械加工。由于我們能夠對制造工藝做出更好的決策，我們將提高我們在全球市場的競爭力。Schmitz 的職業(yè)重點是開發(fā)制造過程的預測模型，包括在銑削和銑削過程模擬中預測刀具點動態(tài)的方法。他認為，將基于物理的制造過程模型與機器學習算法相結合以實現(xiàn)自主操作有很大的機會。這將指導他未來的智能制造研究。

拉米?哈里克博士
Ramy Harik博士 副教授，南卡羅來納大學neXt McNair 首席研究員
Harik在南卡羅來納大學建立了未來工廠實驗室，并希望看到學術界通過創(chuàng)建類似的實驗室來形成網(wǎng)絡，為智能制造的未來做出貢獻?！霸摼W(wǎng)絡將整合網(wǎng)絡制造，自動化和先進制造的基本概念，形成一個生態(tài)系統(tǒng)，未來的學生將在畢業(yè)前探索和使用這些概念，”他說。Harik的實驗室是一個獨特的實驗平臺，包括一系列工業(yè)設備：機器人，無人機，實時攝像頭，傳送帶，智能眼鏡和增強現(xiàn)實設備。該平臺通過活動數(shù)字孿生和數(shù)字引擎進行數(shù)字化，該引擎處理所有傳入數(shù)據(jù)并運行潛在的沖突/故障場景。他希望繼續(xù)在這個平臺上進行創(chuàng)新，同時基于該平臺建立智能制造的在線課程。“未來工廠平臺將成為在線課程的活躍試驗臺，”他說?！拔蚁胱屵@門課程盡可能廣泛地提供，以吸引未來的勞動力關注智能制造和充滿激情的制造業(yè)工作。

李杰博士
杰伊?李博士
俄亥俄州先進制造杰出學者，辛辛那提大學NSF智能維護系統(tǒng)產(chǎn)學合作研究中心創(chuàng)始主任
Lee于2000年開始他的學術生涯，此前他在政府和制造業(yè)擁有多年的多元化經(jīng)驗。他是國家自然科學基金會智能維護系統(tǒng)（IMS）產(chǎn)學合作研究中心的創(chuàng)始主任，該中心一直是工業(yè)大數(shù)據(jù)、機械預測和工業(yè)人工智能轉型的催化劑。IMS中心已與100多家全球公司合作開發(fā)和部署智能制造，以實現(xiàn)零停機時間（ZDT）和無憂性能。去年以來，包括富士康在內的多家IMS公司成員在IMS的參與下獲得了世界經(jīng)濟論壇的燈塔工廠認可?！拔夷壳暗墓ぷ魇情_發(fā)一個系統(tǒng)的工業(yè)人工智能系統(tǒng)，以實現(xiàn)ZDT和工業(yè)無憂制造，”他說。Lee對未來工廠的愿景不僅包括智能機器和運營，還包括將數(shù)據(jù)轉化為預測決策和新知識?！半S著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，5G和工業(yè)AI的出現(xiàn)，我們可以為對智能制造感興趣的人們發(fā)現(xiàn)和開發(fā)許多新的機會和令人興奮的解決方案，”Lee說。

薩蒂揚德拉?古普塔博士
Satyandra K. Gupta
Smith博士 南加州大學機械工程和計算機科學國際教授
古普塔的團隊開發(fā)智能機器人助手，以提高人類在制造應用中的生產(chǎn)力。這些智能助手能夠根據(jù)任務描述進行自我編程，從觀察到的性能中學習，在不確定的情況下安全運行，在執(zhí)行具有挑戰(zhàn)性的任務期間適當?shù)貙で髱椭⒁杂脩粲押玫姆绞脚c人類互動。該組織去年發(fā)布了一段YouTube視頻，展示了一組下一代機器人自動化復合板材鋪層過程?！皺C器人單元很聰明，它可以適應上層過程中的不確定性，”古普塔說?！霸搯卧褂没谌斯ぶ悄艿乃惴ㄅc力和視覺傳感器相結合，以實現(xiàn)制造過程的自動化。該系統(tǒng)使用先進的計算機視覺來檢測缺陷，并在需要時呼叫人類尋求幫助。他還對開發(fā)智能制造技術感興趣，該技術可以通過監(jiān)控人類表現(xiàn)和適當?shù)貐f(xié)助人類來減少人為錯誤，以及利用智能制造技術來加速培訓過程。“這將需要開發(fā)技術解決方案，同時關注隱私和安全考慮，”他說。

吉姆?戴維斯博士
Jim Davis博士
加州大學洛杉磯分校IT、首席學術技術官兼化學與生物分子工程教授
當智能制造（SM）誕生時，戴維斯就在那里。自 1970 年代以來，他一直致力于工業(yè)數(shù)字數(shù)據(jù)和控制系統(tǒng)。從那時起，他研究了制造業(yè)中的人工智能，幫助啟動了Internet2，不僅幫助建立了智能制造領導聯(lián)盟，還幫助建立了清潔能源智能制造創(chuàng)新研究所。他現(xiàn)在將人工智能視為使OT與IT保持一致以進一步推進智能制造的方式?！爱斘一仡櫸以赟M的歷史時，工業(yè)界現(xiàn)在才剛剛準備好從根本上重新思考制造業(yè)，”他說?！拔蚁Ｍ吹絊M將這個角落轉向其全部潛力。對于那些想要參與的人，他建議，“SM是一個高科技，數(shù)據(jù)驅動的職業(yè)，正在處理如何使事情以正確的方式為世界。如果您希望成為所需視角的特殊多樣性的一部分，以應對全球重大挑戰(zhàn)，SM 提供技術、實踐、教育、政策、溝通和以人為本的職業(yè)道路。我們無話可說制造業(yè)不是什么，即骯臟、愚蠢和危險。智能制造是關于'制造'，而不僅僅是制造。

高曉明博士
高晟博士系主任、凱斯西儲大學卡迪?斯特利工程學教授
Gao開發(fā)了一種系統(tǒng)的方法，用于結構嵌入的多物理場無線傳感器和相關機器學習（ML）方法的設計、建模、表征和實驗評估，用于制造機器的狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷和剩余使用壽命預測以及產(chǎn)品質量控制，應用于塑料注塑成型、鈑金沖壓和電動輔助微軋制。他希望將物理信息人工智能算法與過程嵌入式傳感方法相結合，以進一步改善生產(chǎn)控制以及材料和能源效率。對于智能制造，他設想了跨越運營和供應鏈的更多數(shù)字化，并實現(xiàn)安全無縫的人機協(xié)作、自動化性能優(yōu)化、規(guī)范性維護和對環(huán)境負責的生產(chǎn)。除了基礎物理科學之外，學術界還可以通過向學生介紹一些使制造業(yè)“智能”的構建模塊（例如ML）來為這一愿景做出貢獻。他對那些渴望在制造業(yè)從事學術事業(yè)的人的建議是，首先在物理科學方面建立堅實的基礎，同時掌握數(shù)據(jù)科學的基礎知識。